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分布式信源矢量量化性能分析

北京理工大学学报 2007年第10期27卷 911-914页

作者：王四平刘志文徐友根北京理工大学信息科学技术学院电子工程系北京100081

研究分布式信源量化维数与量化性能之间的定量关系.通过量化器输出点密度函数分别描述了量化码率和失真,推导出量化码率、失真、维数之间的关系,并分析了量化渐近性能.得到量化维数同量化性能之间的关系函数.仿真结果表明,随着维数增加... 详细信息

研究分布式信源量化维数与量化性能之间的定量关系.通过量化器输出点密度函数分别描述了量化码率和失真,推导出量化码率、失真、维数之间的关系,并分析了量化渐近性能.得到量化维数同量化性能之间的关系函数.仿真结果表明,随着维数增加,量化率失真性能渐进逼近Wyner-Ziv限.在较低维数情况下,分布式信源矢量量化也能较好地逼近Wyner-Ziv限,即可以用低复杂度的低维量化器达到性能的需求.

关键词：分布式信源矢量量化码率-失真函数 Wyner—Ziv限

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分布式信源参数估计方法的研究现状

仪器仪表学报 2005年第z2期26卷 508-510,512页

作者：韩英华汪晋宽宋昕东北大学信息科学与工程学院沈阳110004

针对由散射导致的分布式信源利用点信源模型不能得到正确参数估计的问题,说明了研究无线信道空域特性的必要,介绍了分布式信源的两种信号模型,并分析了分布式信源参数估计不同算法的特点和性能。

关键词：分布式信源中心波达方向角度扩散

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分布式信源参数估计算法的研究

分布式信源参数估计算法的研究

作者：姚航东北大学

学位级别：硕士

传统波达方向估计算法一般都基于目标为点信源的假设,信号在传播过程中存在视距传输。然而实际应用环境中,存在着丰富的散射和多径,直射波的假设并不存在,导致了传统波达方向估计算法性能严重恶化。分布式信源信号模型由于引入多个参数... 详细信息

传统波达方向估计算法一般都基于目标为点信源的假设,信号在传播过程中存在视距传输。然而实际应用环境中,存在着丰富的散射和多径,直射波的假设并不存在,导致了传统波达方向估计算法性能严重恶化。分布式信源信号模型由于引入多个参数可更好的描述信号的实际传播特性,在移动通信定位系统、雷达低仰角跟踪系统、声源定位系统以及声纳系统中有广泛的应用。因此,分布式信源环境下参数估计算法的研究引起了国内外学者的广泛关注。本文从分布式信源产生背景、参数估计算法研究现状以及关键问题入手,详细的介绍了分布式信源的信号模型及特征,深入研究了分布式信源参数估计基本算法。针对现实应用中存在的样本有限问题,提出一种基于支持向量回归的分布式信源参数估计算法,为有效的样本范围内低信噪比情况下分布式信源参数估计问题提供了有效的解决方案。将基于统计学理论的支持向量回归应用于阵列信号处理技术,使用粒子群优化算法选取回归参数,选取对样本自相关矩阵处理后的向量和分布式信源中心波达方向估计作为训练样本集合,利用训练好的回归函数估计分布式信源的中心波达方向。算法得到参数估计值的过程仅是求解回归函数值的过程,与传统算法相比,降低了运算复杂度且易于实现。仿真实验表明,在有效的样本范围内和低信噪比情况下基于支持向量回归的分布式信源参数估计算法能够有效的解决分布式信源中心波达方向估计问题。

关键词：阵列信号处理分布式信源中心波达方向支持向量回归粒子群优化

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分布式信源环境下目标跟踪方法的研究

分布式信源环境下目标跟踪方法的研究

作者：张海东东北大学

学位级别：硕士

传统目标跟踪方法中,目标信源一般都假设为点信源,由于信源在传播过程中受到建筑物、车辆、树木等影响,存在丰富的散射多径,点信源模型已经不能很好的描述信道的这种传播机制,需要一种与散射多径现象对应的高秩信号模型——分布式信源... 详细信息

传统目标跟踪方法中,目标信源一般都假设为点信源,由于信源在传播过程中受到建筑物、车辆、树木等影响,存在丰富的散射多径,点信源模型已经不能很好的描述信道的这种传播机制,需要一种与散射多径现象对应的高秩信号模型——分布式信源信号模型。目前分布式信源信号模型已广泛应用在移动通信、雷达以及水下声纳探测等系统中,分布式信源环境下目标跟踪方法的研究引起国内外学者的广泛关注。本文分析了分布式信源的产生及特征,详细介绍了分布式信源的信号模型。考虑分布式信源中心波达方向发生变化时的快速跟踪问题,深入研究了经典的波达方向跟踪算法,包括投影逼近子空间跟踪算法、正交投影逼近子空间跟踪算法、逼近幂迭代子空间跟踪算法和快速逼近幂迭代子空间跟踪算法,并对算法的优缺点进行了分析和比较。针对实际应用中存在的问题,提出了一种基于支持向量回归的分布式信源中心波达方向跟踪算法,为小样本情况下分布式信源中心波达方向跟踪问题提供了快速有效地解决方案。将支持向量机和阵列信号处理技术相结合,利用阵列接收到信号的协方差矩阵作为输入,分布式信源的中心波达方向作为输出特征,通过训练支持向量回归模型,用间接逼近的方法进行中心波达方向估计来达到目标跟踪的目的,降低了直接逼近时由于输出地不连续性造成的逼近误差。仿真实验表明,本文提出的算法可有效地解决分布式信源中心波达方向的跟踪问题,在较大角度扩散情况下具有较强的适应能力。

关键词：分布式信源波达方向角度扩散支持向量机目标跟踪

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分布式信源参数估计算法的研究

分布式信源参数估计算法的研究

作者：陈嵩东北大学

学位级别：硕士

在传统的定位技术中,目标信源一般都假设为点信源,由于信源在传播过程中受建筑物、车辆、树木等影响,存在丰富的散射多径,点信源模型已经不能很好地描述信道的这种传播机制,需要一种与散射多径现象相对应的高秩信号模型——分布式信源... 详细信息

在传统的定位技术中,目标信源一般都假设为点信源,由于信源在传播过程中受建筑物、车辆、树木等影响,存在丰富的散射多径,点信源模型已经不能很好地描述信道的这种传播机制,需要一种与散射多径现象相对应的高秩信号模型——分布式信源信号模型。目前分布式信源已经广泛的存在于移动通信,雷达目标跟踪以及水下声纳探测等技术中。因此,分布式信源及其参数估计问题成为国内外学者研究的热点。本文从分布式信源产生的原因入手,详细的介绍了分布式信源的模型及特征,对分布式信源参数估计算法进行了深入的研究,分析了分布式信源参数估计的关键问题。考虑到分布式信源参数估计受到噪声因素的影响,提出一种带有抗噪性的分布式信源参数估计算法,为低信噪比情况下分布式信源参数估计问题提供了有效的解决方案。通过对阵列接收信号的协方差矩阵进行差分运算,去掉其中的噪声分量,得到差分信号子空间,并对阵列输出进行加权,进而使信号分量得到增强,提高了算法在低信噪比情况下的性能。另外,将分布式信源积分形式的方向向量简化为点信源方向向量与实向量的Schur-Hadamard积,避免了算法在谱峰搜索过程中的积分运算,降低了算法的计算复杂度。仿真实验表明,与传统的DSPE算法相比,基于差分去噪的分布式信源参数估计算法在低信噪比情况下更有效的解决分布式信源参数估计问题。

关键词：阵列信号处理分布式信源中心波达方向角度扩散差分去噪

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相干分布式信源的DOA估计算法研究

相干分布式信源的DOA估计算法研究

作者：柏乔森哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计是阵列信号处理领域的重要内容,经典的DOA估计算法都是基于点信源的假设,但由于实际通信环境的复杂性,信号的传播受到障碍物的影响产生散射、反射、折射或衍射,导致信号呈现一定的空间分布,到达... 详细信息

波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计是阵列信号处理领域的重要内容,经典的DOA估计算法都是基于点信源的假设,但由于实际通信环境的复杂性,信号的传播受到障碍物的影响产生散射、反射、折射或衍射,导致信号呈现一定的空间分布,到达天线阵列时存在一定的角度扩展。在低仰角雷达跟踪以及移动通信等应用场景中,信源通常表现为相干分布源的特性,本文基于相干分布源模型,研究角度参数估计算法,具体工作内容如下:(1)对相干分布源的经典参数估计算法进行研究,包括DSPE算法和TLS-ESPRIT算法,分别对两种算法的基本原理进行讨论并进行仿真对比,通过仿真实验验证,两种算法都能实现有效的DOA估计,其中DSPE算法的估计精度较高,而TLS-ESPRIT算法的优点在于计算复杂度低。(2)在单目标信源入射时,由于分布源相比点源多了角度扩展的估计参数,导致子空间类算法的计算复杂度较高。针对该问题首先对基于传播算子的快速算法进行研究,并提出一种基于互质阵列的级联OPM算法,通过级联的方式降低空间谱搜索的维度,使计算复杂度明显降低。同样针对该问题,又采用降维的思想提出一种降维DSPE算法,通过分离阵列导向矢量的估计参数,构造空间谱函数的代价函数,对其求导后建立中心方位角与角度扩展的函数关系,仅通过一维空间谱搜索实现中心方位角和角度扩展的估计,能够有效简化计算量。在单目标信源入射时,该算法的估计精度与DSPE算法相同。(3)在多目标信源入射时,信源之间存在相干问题,因此针对性地研究了降维类和非降维类的解相干算法,并提出一种基于虚拟阵列扩展的加权空间平滑算法,通过扩展共轭虚拟阵列增大阵列孔径;使用Toeplitz算法进行预估计,根据预估计值构建加权矩阵,然后利用二次加权空间平滑恢复阵列响应的自协方差矩阵的秩,以达到解相干的目的;结合传播因子算法估计得到目标信源的入射角度。该算法通过扩展虚拟阵列,并且对子阵列的自相关信息和互相关信息进行充分利用,从而减小空间平滑对阵列孔径的影响。该算法能够准确地估计出目标信源的数目,而且具有较好的估计性能,在低信噪比时鲁棒性较好。

关键词： DOA估计分布式信源角度扩展空间平滑解相干

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非相干分布式信源测向定位技术研究

非相干分布式信源测向定位技术研究

作者：葛梁哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

传统的阵列信号处理方法通常基于点源模型进行假设,而实际中由于多径等因素的影响,接收信号往往表现出一定的角度扩展特性。为了解决理论模型与实际不相符所带来的性能下降问题,学者们提出了分布式信源模型并根据其特征分为相干和非相... 详细信息

传统的阵列信号处理方法通常基于点源模型进行假设,而实际中由于多径等因素的影响,接收信号往往表现出一定的角度扩展特性。为了解决理论模型与实际不相符所带来的性能下降问题,学者们提出了分布式信源模型并根据其特征分为相干和非相干两种。相比与相干分布源,非相干分布源更复杂,因此处理难度更大。随着硬件设备的发展,对于来波信号的侦察要求往往不仅局限于角度的估计,更多时候也希望得到目标的位置信息。因此对本文对针对非相干分布源的测向定位算法进行研究。本文首先分析了具有非相干分布式信源形式的接收信号对传统的点信源测向算法造成的影响;之后对非相干分布式信源的测向算法进行了研究;最后对针对非相干分布式信源模型的现有定位算法及本文所提算法进行了介绍。主要内容及成果如下:1.点信源模型下的ESPRIT算法的测向误差与子阵的间距成反比,而子阵的间距受到相位模糊的限制无法超过半波长,否则测向范围将会缩小。对此本文提出了一种基于多级连的ESPRIT算法,该算法不会受到相位模糊所带来的测角范围减小的问题。相比于传统的ESPRIT算法,所提算法在不明显增加计算复杂度的前提下提升了测向精度。2.当信源为非相干分布源时,接收信号的信号空间维度增加,噪声空间受到压缩,这会导致阵列的最大可分辨目标数急剧减少。针对该问题本文提出了一种基于四阶累积量的非相干分布式信源测向算法,该算法可以在不改变阵列结构的前提下增加最大可分辨目标数,从而解决阵列结构受限下的多目标测向问题。3.针对目前适用于非相干分布式信源模型的定位算法较少的情况,本文对两种相干分布式信源模型的直接定位算法进行改进使其适用于非相干分布式信源。但这两种方法都需要多个测向站,为了降低定位时对测向站数量的要求,本文利用阵列互相关提出了一种针对非相干分布式信源的交叉定位算法。该算法减弱了不相干散射分量对测向的影响,同时解决了多信源时交叉定位存在的模糊点问题。因此所提算法只需要两个测向站即可对空间中的信源位置进行估计。

关键词：阵列信号处理分布式信源多站交叉定位直接定位技术波达方向估计

基于有限新息率的分布式信源空域参数估计方法研究

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基于有限新息率的分布式信源空域参数估计方法研究

作者：冯庆泉哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

由于信号传播过程中环境的复杂性、信道的开放性、用户位置的不固定性,与多径散射现象相对应的高秩信号模型——分布式信源广泛应用于实际环境中,随之分布式信源的空域参数估计也成为了阵列信号处理领域的一个热点问题。传统分布式信源... 详细信息

由于信号传播过程中环境的复杂性、信道的开放性、用户位置的不固定性,与多径散射现象相对应的高秩信号模型——分布式信源广泛应用于实际环境中,随之分布式信源的空域参数估计也成为了阵列信号处理领域的一个热点问题。传统分布式信源的空域参数估计方法,只有在高信噪比、多快拍情况下,才能准确的估计出空域参数。但当数据传输量大、算法计算复杂度高时,难以快速、准确的恢复空域参数。为解决这一问题,基于稀疏表示的分布式信源空域参数估计方法被提出,此类方法减少了数据传输量,能较为准确的恢复空域参数,但又引入了空间网格的限制,仍有很大的局限性。近年来提出的有限新息率（Finite Rate of Innovation,FRI）采样理论能够利用有限新息率采样结构以低于奈奎斯特采样频率的速率对连续信号直接采样并重构,从而有效减小了系统在采样、处理、存储及传输过程中的压力,且摆脱了空间网格的限制。但目前基于理论的到达角估计方法只能应用于点源信号,而无法应用于分布式信源的空域参数估计。VPW-FRI（Variable Pulse Width-FRI）模型具有很强的刻画能力,该模型通过调节非对称脉冲的脉宽参数、幅值及个数能较为准确刻画复杂的分布式信源,本文利用VPW-FRI信号模型结合有限新息率的特点,提出一种基于有限新息率理论的分布式信源空域参数估计方法,本文主要针对以下三部分的内容展开研究:（1）研究基于有限新息率理论的点源信号到达角估计。首先研究有限新息率采样的基本理论、常见FRI信号的基本采样框架以及重构算法;其次研究最为经典的基于有限新息率理论的点源信号估计方法—FRIDA方法,研究了该方法的实际应用背景,构建了点源信号到达角估计的模型以及点源信号的重构模型,完成了FRIDA算法的理论推导并通过软件仿真验证了该方法的可行性;最后分析了快拍数、噪声（信噪比）等因素对FRIDA估计方法重构精度的影响。（2）研究分布式信源模型的建立,首先研究分布式信源产生的原因,分析了传统分布式信源模型的特点;其次分别构建了VPW-FRI模型、AP-FRI（Asymmetric Pulses-FRI）模型、Fr HT-FRI（Fractional Hilbert Transform-FRI）模型等三种最为经典的非理想脉冲信号模型,并对比分析了三种模型各自的特点;最后分别用VPW-FRI模型、AP-FRI模型、Fr HT-FRI模型来拟合分布式信源并与原始信号进行比较,选择拟合效果最好的模型来刻画分布式信源。（3）将VPW-FRI模型与FRIDA算法结合,提出了一种基于VPW-FRI模型的分布式信源空域参数估计方法（VPW-FRIDA）,以实现分布式信源的中心波达方向及扩散角度估计。通过软件仿真实现VPW-FRIDA算法,验证该方法的可行性。为进一步分析影响VPW-FRIDA算法重构的因素,分别分析了快拍数、扩散角、信噪比等因素对分布式信号空域参数估计的影响。最后,分别进行VPW-FRIDA算法与FRIDA算法、传统分布式信源空域参数估计方法的对比实验,分析VPW-FRIDA算法的性能。

关键词：有限新息率分布式信源空域参数估计信号重构

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分布式信源参数估计方法的研究现状

分布式信源参数估计方法的研究现状